摘要：介绍了一种新型轴向磁场磁通切换型永磁电机，该电机由两个外定子和一个内转子组成，定转子为双凸极结构。电枢绕组和永磁体均设置在定子上，转子由硅钢片径向叠压的齿嵌在非导磁环上构成，切向磁化的永磁体建立电机的轴向磁场。该文以一台10/12极样机为例，运用三维有限元法(fem)分析了电机的空载磁场，给出了电机内的磁场分布。分析结果为该种电机的设计奠定了基础。

关键词：轴向磁场；磁通切换；永磁电机；三维有限元；电磁场

中圈分类号：tm351    文献标志码：a    文章编号：1001-6848( 2010) 07-0029-03

    世界上第一台电机是轴向磁场盘式永磁电机，限于当时的材料和工艺水平，盘式永磁电机未能得到进一步的发展。随着永磁材料性能的不断提高和完善以及电力电子器件的发展，盘式永磁电机重新得到重视和发展。盘式永磁电机以其优良的性能和较短的轴向尺寸，已广泛应用于机器人、计算机外设、电动汽车、航天工程和风力发电等。传统的盘式永磁电机都是将永磁体安装在转子上，为克服运转时的离心力，通常需要特殊的加固装置，该装置还会引起永磁体散热困难，而温升可能导致永磁体产生不可逆退磁、降低电机出力和减小功率密度等。

    本文介绍丁一种永磁体置于定子的新型轴向磁场磁通切换型永磁( affspm)电机。affspm电机继承了磁通切换型( fspm)电机的结构特点，即定转子为双凸极结构，定子采用集中绕组，永磁体嵌在定共轭部，转子上既无绕组也无永磁体，结构简单。中间转子结构，使得该电机拥有良好的散热条件。

    affspm电机综合了afpm电机和fspm电机的优点，轴向尺寸短，且功率密度和效率高，因而，affspm电机具有良好的应用前景。affspm电机的磁场呈三维分布，本文在介绍电机结构的基础上，以一台10/12极样机为例，运用三维有限元法( fem)分析该电机的磁场，给出电机内的磁场分布，为该种电机的设计和进一步研究奠定基础。

    图1为一台三相12/10极affspm电机的展开图，该电机由两个定子和一个转子组成。每一个定子由12个“u”型铁芯、12块永磁体和12个线圈构成，“u”型铁芯和永磁体交替放置构成圆盘，两侧定子相对称的永磁体励磁方向相反；每个定子上的12个线圈分成三相，每4个线圈串联构成一相，每个线圈绕在两个相邻不同的“u”型铁芯的齿上，中间嵌入永磁体，永磁体沿着切充磁。转子共有10个齿，称为10个极，均匀设置在转子非导磁圆环的外圆周上。

  永磁体和电枢绕组均放置在定子上，转子上既无永磁体又无绕组，结构简单。定子绕组采用集中绕组，缩短了端部连接，减小了铜耗。中间转子的结构，使得该电机拥有良好的散热条件。

  在有限元分析前，作如下假设：电机磁场是稳态场，永磁体是被均匀磁化的，视绕组的磁特性与空气相同，磁力线沿电机外表面闭合。在affspm电机内部，磁位矢量满足下列方程

式中，j为电流密度矢量，v为磁导率，s为电机的全部表面。

   

    affspm电机磁场呈现典型的三维分布，本文采用有限元软件ansys对affspm电机进行磁场分析。由于定子采用集中绕组，不能像传统电机一样只建立一个极的有限元棋型，必须建立几个极或整个电机的有限元模型。为简化边界条件，建立aff-spm电机的完整模型，如图2所示，边界条件均为一类齐次边界。定转子采用六面体单元进行剖分，气隙用四面体单元剖分，网格的大小由程序控制，总共约2 x 105个单元。

    图4是图3中永磁磁场气隙磁密在气隙上半圆周的分布波形，计算气隙磁密路径如图3中由a、b两点确定的弧线，a、b两点分别对应着图4中的横坐标0度和180度。由图4可见，波形中第一个正向****值出现在气